JPS63139055A - セラミックヒータ - Google Patents

セラミックヒータ

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JPS63139055A
JPS63139055A JP61285259A JP28525986A JPS63139055A JP S63139055 A JPS63139055 A JP S63139055A JP 61285259 A JP61285259 A JP 61285259A JP 28525986 A JP28525986 A JP 28525986A JP S63139055 A JPS63139055 A JP S63139055A
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resistor
resistance
tin
sic
heater
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石田 政信
健一郎 宮原
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は特に非酸化物系セラミックを絶縁基体としてこ
れに適用して有効な低抵抗体に関するものである。
(背景技術) 従来、A1□0.又は513Naを絶縁基体とし、これ
に適用する抵抗体としては−やMoがよく利用されてい
る。就中、5iJ4質焼結体を絶縁基体とする高温用ヒ
ータにおいては焼結体中の−またはMo抵抗体が焼成過
程において、又はヒータとしての使用時において、5i
3Na中のSiと反応してWSi2やMOSi2等のけ
い化層・を生成し易く、また大気と接触してW(hやM
oO3等の酸化層を生成し易い。このような反応層が経
時的に増えるとそれに伴い抵抗値が変化し、またこのよ
う反応層は脆弱であるためこの層の生成界面に亀裂が生
じ易くなるため抵抗体が断線するといった欠点がある。
したがって、前記抵抗値変化や断線が生じ難い非酸化物
系セラミックスの絶縁基体に適用して有効な抵抗材料が
強く望まれている。
(従来技術) 上記要望に答えるため、出願人は特願昭61−2072
2号において5iJa質焼結体を絶縁基体とするセラミ
ックヒータにTiNを主体とする抵抗体を使用すると前
記けい化層や酸化層が生成され難く、抵抗体として有効
である舌を開示した。この抵抗体においてはこのような
けい化層や酸化層が生成され難いため、抵抗値の変化や
断線等を防止でき、また抵抗温度係数(TCP)の小さ
い抵抗体を得ることができた。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記出願においてはTiNに対し5iJ
4等の高抵抗焼結助剤を多量に添加しているため比抵抗
が10 mΩ・cm以上であり高抵抗用ヒータとしてし
か使用することができない。
本発明は上記点に鑑み、TiNに対しSiCを若干添加
することにより比抵抗が40μΩ・cm以下で充分緻密
化した抵抗体が得られることを知見した。
(発明の目的) 本発明においては比抵抗が40μΩ・cm以下の特に非
酸化物系セラミックを絶縁基体としてこれに適用して有
効な低抵抗体を提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明によればTiN0主成分に対し、SiCを0゜0
5〜8重量%添加してなる混合物を焼成して得られる実
質的にTiN主体の抵抗体であって、主成分のTiN格
子中に少な(ともSiCの一部が固溶しており、4.2
g/cm”以上の密度及び40μΩ・cm以下の比抵抗
値を有する低抵抗体が提供される。
TiNを主体とする抵抗体は匈や肋と比べ、高温におい
て熱力学的に安定であり、上記脆弱な反応層は殆ど生成
されない。したがって、焼結体の焼成時や長期の昇降温
繰り返し使用後の抵抗値変化が少ない。また、TiNは
非酸化物系セラミックの焼結助剤となり得ることからT
iNと絶縁基板として使用する非酸化物系セラミックと
は相互に強固に結合する。
さらに、TiNを主成分とする抵抗体は−またはMoか
らなる抵抗体と比べ抵抗温度係数(TCP)が1〜2 
xlO−3(0〜800 ℃)と小さい。
即ち、このことは第1図(a) (b)に示すごとく、
TiNを抵抗体とするものRo、 と、タングステン(
W)又はモリブデン(Mo)を抵抗体とするものRO□
とを同一ワット数のヒータとして作った場合(例えば8
00℃における抵抗値を各々同一とした場合−第1図(
a)参照)、タングステン(−)又はモリブデン(Mo
)を抵抗体とするものは常時抵抗が小さいので第1図(
b)に示す如<V=IRの一般式から電圧印加時の突入
電流が大きくなる。
一方、TiNを抵抗体とするものは常温抵抗が大きいの
で電圧印加時の突入電流を小さくすることができ、該ヒ
ータの制御装置の電流容量が小さくて済む。さらに、こ
のような抵抗温度係数(TCR)の小さいことは、使用
雰囲気によりヒータの温度分布が均一になる。
即ち、オームの法則によりW = l2R(Iは一定)
から抵抗値に比例して発熱エネルギーが大きくなること
は知られている。したがって、抵抗温度係数(TCP)
の大きなヒータはその一部が局部的に冷却された場合、
その部分の抵抗体の抵抗値が大きく下がり、その部分の
発熱量が著しく減少する事となる。一方、抵抗温度係数
(TCP)の小さなヒータはその一部が局部的に冷却さ
れても、その部分の抵抗体の抵抗値があまり下がらずそ
の部分の発熱量の変化が少ない。即ち、ヒータの温度分
布は外部影響を受けにくいということになる。
TiNの主成分に対するSiCの添加が0.05重量%
未満であるとSiCの添加効果がなく比抵抗が余り下が
らず密度も低下する。SiCの添加が8重量%を越える
と比抵抗が急激に上昇すると共に、密度も急激に低下す
る。SiCを添加せずTiN100重量%の焼結体はT
iN相の他にTi相が存在し易い。一方、SiCをTi
Nに対し順次添加量を増やすと約SiCの添加量が10
重量%を越えるとα−5iC相が析出する。
そして、SiC添加量が0.05〜8重量%の範囲にお
いてはSiCはTiN格子内へ固溶しており、この固溶
状態があるときにこの抵抗体の比抵抗は4oμΩ・cm
以下となり、焼結体の密度も4.2g/cm3以上と緻
密化する。
(実施例1) 第1表に示す組成比にメタノール及びバインダを添加し
て振動ミルにて72時間混合した。脱メタノール後試料
1,5,7,9.11及び12はIt/cm”の圧力で
プレス成形後窒素雰囲気中1810°Cにて20分間常
圧焼成し、試料2〜4,6.8及び10はそのままホッ
トプレス型に充填し同様に窒素雰囲気中1810”cに
て20分ホットプレス焼成し夫々約42X3.7 Xl
、6mmの試料片を得た。
これら各試料片について四端子法により比抵抗をアルキ
メデス法により比重を夫々測定した。さらにX線回折法
により各試料片である焼結体中の結晶相を同定した。さ
らに、X線マイクロアナライザ(XMA)及び蛍光xv
A分析により焼結体中にSiC中のSiの存在が認めら
れるかどうか確認した。
(以下余白) 第1表から理解されるようにSiC無添加のTiN10
0重量2の組成である試料番号1は密度が4.22g/
cm’と緻密化しているものの比抵抗が46.5μΩ・
cmと高い。SiCの添加が10.0及び15.0重量
%の組成である試料番号11及び12は密度が4.06
g/cm’以下と緻密化が不充分であると共に、比抵抗
が66.1μΩ・cmと高すぎ本発明の目的に合致しな
い。
またこの試料番号11及び12のX線回折法により検出
された結晶相はTiN相の他、不明相又はα−5iCが
同定される他、X線マイクロアナライザによればSiが
若干検出された。
これに対し、本発明の範囲内であるSiCが0.05〜
7.5重量%添加された試料番号2〜10については何
れも密度が4.25g/cm3以上、比抵抗が39.0
μΩ・cm以下と本発明の目的に合致した試料である。
このような各試料について、X線回折法により検出され
た結晶相は実質的にTiN相のみであり、X線マイクロ
アナライザにおいてもSiが検出され得なかった。
しかしながら、蛍光X線分析によると試料中にSiの存
在が確認された。このことから、添加されたStCはほ
とんどTiN格子中に固溶しているものと判断され、こ
のような焼結体は充分緻密化した比抵抗が40μΩ・c
m以下の低抵抗体であることが理解される。
(実施例2) TiN粉末にSiCを1.0及び1.5添加した第1表
の試料番号4及び5の粉末にアセトン、バインダー及び
分散剤を添加して振動ミルにて72時間混合し、脱アセ
トン後混練して粘度を調整してTiNを主体とした発熱
抵抗体ペーストを作成した。この発熱抵抗ペーストを夫
々プレス成形又はテープ成形された焼結体としては絶縁
性となるAIN質又はSt、N、質の生成形体la上に
第2図の如くスフIJ −ン印刷して抵抗回路2を形成
し、これを積層して常圧(PL)又はホットプレス(H
P)により一体焼成した。これら焼結体1bは研削又は
表面処理により電極を露出させ、これに電極取出金具3
をメタライズ層を介してロウ付けして第3図に示す如き
70×5 Xl、2mmの板状のセラミックヒータを各
々得た。
得られた各試料隘4及び5に相当する板状セラミックヒ
ータを発熱体先端の温度が電圧印加5秒後に900度に
なる電圧(100〜120V)を5秒間印加し、その後
13秒間空気にて強制冷却する。
これを、1サイクルとして20000サイクル後の抵抗
5iJ4と初期抵抗値とを測定し、その抵抗変化率を調
べた。これらの結果を第2表に示す。
また窒化けい素質成形体の表面に−又はMoの抵抗ペー
ストを印刷して抵抗体回路を形成し、これを積層して常
圧により一体焼成して第3図と同様のセラミックヒータ
を得た。これらにつき、前記と同様に20000サイク
ル後の抵抗値と初期抵抗値とを比較しその変化率を調べ
第2表に示し比較例とした。
(以下余白) 第2表から理解されるように、−又はMoを使用した発
熱抵抗体は電圧印加サイクルテストの20000サイク
ル後の抵抗値変化が大きく又は断線するという結果であ
ったのに対し、TiNを主成分とする発熱抵抗ペースト
を焼成して得られたセラミックヒータは前記20000
サイクルの抵抗値変化が著しく小さい。このような結果
は即ち、前述したような脆弱な反応層が抵抗体とAIN
又は5t3L質焼結体との界面に形成されていない。
尚、上記実施例においては抵抗体としてペーストを使用
したが、TiNとSiCとの適当な混合比率の粉体をそ
のまま成形し、単独のブロック状抵抗体として使用する
ことができる。また、上記実施例においてはAIN又は
5izN4質焼結体を示したがその他の非酸化物系セラ
ミック、例えばSiC質焼結体に使用することもできる
。上記実施例における抵抗体の膜厚はその用途により任
意に選定できる。
また上記実施例により得られるSjC0,05〜8重量
%のTiN質抵坑体の抵抗温度係数(TCR,0〜80
0℃)TiN単独の場合とあまり変わりなく1〜2×1
0−3程度と考えられる。さらに、本発明においては4
0μΩ・cm以下の抵抗を有する導体として使用するこ
とができ、特に非酸化物系セラミックの導体材料として
この程度の抵抗であってもよい場合に使用できる。
(発明の効果) 本発明は上述の如(、TiNにSiCを若干添加するこ
とにより比抵抗が40μΩ・C11以下で充分緻密化し
た抵抗体が得られ、特に非酸化物系セラミックを絶縁基
体としてこれに適用して有効な低抵抗体を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】 第1図(a)はTiN抵抗体とタングステン(W)やモ
リブデン(Mo)抵抗体の温度に対する抵抗値変化を示
した図、第1図(b)は前記TiN抵抗体とタングステ
ン(−)やモリブデン(Mo)抵抗体との突入電流の特
性を示した図、第2図は窒化アルミニウム質又は窒化け
い素質グリーンシート上にTiN抵抗体ペーストを印刷
した状態を示す斜視図、第3図は完成状態のセラミック
ヒータを示す斜視図である。 1a・・・生成形体 1b・・・絶縁性焼結体 2 ・・・発熱体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)TiNの主成分に対し、SiCを0.05〜8重
    量%を添加してなる混合物を焼成して得られる実質的に
    TiN主体の抵抗体であって、主成分のTiN格子中に
    少なくともSiCの一部が固溶しており、4.2g/c
    m^3以上の密度及び40μΩ・cm以下の比抵抗値を
    有する低抵抗体。
JP61285259A 1986-07-31 1986-11-29 セラミックヒータ Expired - Fee Related JPH07111898B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015030020A (ja) * 2013-08-05 2015-02-16 タカヤマジャパン株式会社 半田コテ及び半田コテシステム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58206379A (ja) * 1982-05-26 1983-12-01 Inoue Japax Res Inc 導電研磨材の製造方法
JPS6437468A (en) * 1987-07-31 1989-02-08 Ibiden Co Ltd Electrode material for ignition plug

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